Σε σύγκριση με τις προηγούμενες μεθόδους πρόσβασης WAN, το δίκτυο πρόσβασης οπτικών ινών που εισάγεται εδώ είναι προφανώς διαφορετικό, καθώς δεν είναι πλέον μια μέθοδος πρόσβασης, αλλά μια ξεχωριστή κατηγορία που είναι εντελώς διαφορετική από τις προηγούμενες μεθόδους πρόσβασης. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν μεταδίδει πλέον ηλεκτρικά σήματα στη γραμμή, αλλά αντίθετα χρησιμοποιεί οπτικά σήματα. Ως αποτέλεσμα, το δίκτυο πρόσβασης οπτικών ινών περιλαμβάνει μια εντελώς διαφορετική ποικιλία εξοπλισμού και λειτουργεί ως αυτόνομο σύστημα. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι πρόσβασης στο δίκτυο πρόσβασης οπτικών ινών. Αυτή η ενότητα παρέχει μια γενική περιγραφή τους.
Η τοπολογία ενός δικτύου πρόσβασης οπτικών ινών είναι η δομή των γραμμών μεταφοράς και των κόμβων, η οποία υποδεικνύει την αμοιβαία θέση και τη διάταξη διασύνδεσης των κόμβων στο δίκτυο. Στα δίκτυα πρόσβασης οπτικών ινών, υπάρχουν τρεις κύριες βασικές τοπολογίες δικτύου είναι ο δίαυλος, ο δακτύλιος και ο αστέρας. Ωστόσο, σε μεγάλα δίκτυα, μπορούν επίσης να προκύψουν ορισμένες υβριδικές τοπολογίες, όπως δομή διαύλου-αστέρα, δέντρο, διπλός δακτύλιος και άλλοι συνδυασμοί εφαρμογών, ο καθένας με τα δικά του χαρακτηριστικά και αλληλοσυμπληρώνεται. Σε αυτή την ενότητα, παρουσιάζουμε μόνο εν συντομία τις παραπάνω τρεις βασικές τοπολογίες δικτύου πρόσβασης οπτικών ινών. Σημειώστε ότι η δομή δικτύου που παρουσιάζεται σε αυτήν την ενότητα είναι η πιο βασική αρθρωτή δομή, αλλά το πραγματικό δίκτυο οπτικών ινών περιλαμβάνει επίσης πολλές συνδέσεις συσκευών και εξοπλισμού.
1. Αρχιτεκτονική τύπου λεωφορείου
Η δομή τύπου διαύλου είναι μια πολύ κοινή τοπολογία για δίκτυα πρόσβασης οπτικών ινών, η οποία χρησιμοποιεί οπτική ίνα ως κοινό δίαυλο, το ένα άκρο συνδέεται απευθείας με το δίκτυο αναμετάδοσης του παρόχου υπηρεσιών και το άλλο άκρο συνδέεται με κάθε χρήστη. Κάθε τερματικό χρήστη συνδέεται απευθείας με το δίαυλο οπτικών ινών μέσω κάποιου είδους συζεύκτη και η σύνδεση μεταξύ του υπολογιστή χρήστη και του διαύλου μπορεί να είναι ομοαξονικό καλώδιο, καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους ή οπτική ίνα. Αυτή είναι παρόμοια με την τοπολογία τύπου διαύλου που εισαγάγαμε στο LAN, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Ένα από τα δίκτυα αναμετάδοσης μπορεί να είναι οποιοδήποτε από αυτά όπως PSTN, X.25, FR, ATM, κ.λπ. Η μέθοδος πρόσβασης Cable MODEM που εισαγάγαμε παλαιότερα χρησιμοποιεί μια τέτοια μέθοδο πρόσβασης.
Αυτή η δομή είναι μια διαδοχική δομή και τα πλεονεκτήματά της περιλαμβάνουν κοινή χρήση της ίνας κορμού, εξοικονόμηση επένδυσης γραμμής, εύκολη προσθήκη και αφαίρεση κόμβων και λιγότερες παρεμβολές μεταξύ τους. Ωστόσο, τα μειονεκτήματά του είναι ότι μοιράζεται το μέσο μετάδοσης και η απόδοση της σύνδεσης επηρεάζεται από τον αριθμό των χρηστών.
2. Δομή δακτυλίου
Η δομή του δακτυλίου είναι παρόμοια με την τοπολογία δακτυλίου στο LAN, πράγμα που σημαίνει ότι όλοι οι κόμβοι μοιράζονται έναν σύνδεσμο δακτυλίου ινών. Η πρώτη και η τελευταία σύνδεση ινών συνδέονται για να σχηματίσουν μια δομή δικτύου κλειστού βρόχου. Φυσικά, το ένα άκρο της ίνας πρέπει να συνδεθεί στο δίκτυο αναμετάδοσης του παρόχου υπηρεσιών. Η σύνδεση μεταξύ των χρηστών και του ινώδους δακτυλίου δημιουργείται επίσης μέσω διαφόρων ζεύξεων και το χρησιμοποιούμενο μέσο μετάδοσης μπορεί να είναι ομοαξονικό καλώδιο, καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους ή, φυσικά, ίνα.
Το εξαιρετικό πλεονέκτημα αυτής της αρχιτεκτονικής είναι ότι το δίκτυο έχει ικανότητα αυτο-ίασης, πράγμα που σημαίνει ότι χωρίς εξωτερική παρέμβαση, το δίκτυο μπορεί να ανακάμψει από την αποτυχία της υπηρεσίας σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα. Το μειονέκτημα είναι ότι η απόδοση της σύνδεσης είναι κακή, επειδή μοιράζεται επίσης το μέσο μετάδοσης. Ως εκ τούτου, είναι συνήθως κατάλληλο για λιγότερους χρήστες στο δίκτυο πρόσβασης. και το ποσοστό αποτυχίας είναι υψηλό, η αποτυχία μπορεί να έχει μεγάλο αντίκτυπο. Εάν ο δακτύλιος ινών σπάσει, ολόκληρο το δίκτυο θα διακοπεί.
3. Δομή αστεριών
Η δομή αστεριού που αναφέρεται εδώ είναι η ίδια με τη «δομή αστεριών» στο LAN, αλλά εδώ δίνεται έμφαση στο μέσο μετάδοσης της οπτικής ίνας αντί των καλωδίων συνεστραμμένου ζεύγους. Σε αυτό το δίκτυο πρόσβασης οπτικών ινών με δομή αστέρι, κάθε τερματικό χρήστη ανταλλάσσει πληροφορίες μέσω ενός συζεύκτη αστεριού με λειτουργίες ελέγχου και μεταγωγής που βρίσκονται στον κεντρικό κόμβο (στο τελικό γραφείο). Είναι μια παράλληλη δομή, δεν υπάρχει πρόβλημα συσσώρευσης απώλειας, είναι εύκολο να πραγματοποιηθεί η αναβάθμιση και η επέκταση. Κάθε χρήστης είναι σχετικά ανεξάρτητος, παρέχοντας καλή προσαρμοστικότητα υπηρεσιών. Ωστόσο, το μειονέκτημα είναι η απαίτηση για περισσότερες οπτικές ίνες (μία για κάθε χρήστη) με αποτέλεσμα υψηλότερο κόστος. Επιπλέον, σε αυτή τη δομή, όλοι οι κόμβοι πρέπει να περάσουν από τα δεδομένα του κεντρικού κόμβου για να συνδεθούν στο δίκτυο αναμετάδοσης, με αποτέλεσμα μεγάλο φόρτο εργασίας για τον συζευκτήρα αστεριών στον κεντρικό κόμβο και μεγάλη απαίτηση αξιοπιστίας. Εάν ο κεντρικός κόμβος αποτύχει, ολόκληρο το δίκτυο θα παραλύσει επίσης.
Η δομή του αστεριού χωρίζεται σε τρεις τύπους: ενεργητική δομή ενός αστεριού, δομή ενεργού διπλού αστεριού και παθητική δομή διπλού αστεριού.
(1) Ενεργή δομή ενός αστεριού
Αυτή η δομή χρησιμοποιεί οπτική ίνα για να συνδέσει απευθείας το OLT που βρίσκεται στο γραφείο μεταγωγής του παρόχου υπηρεσιών με τους συνδρομητές, σύνδεση από σημείο σε σημείο, η οποία είναι βασικά ίδια με την υπάρχουσα δομή αστεριού LAN με συνεστραμμένο χαλκό. Σε αυτή τη δομή, κάθε νοικοκυριό έχει ένα ξεχωριστό ζεύγος γραμμών απευθείας συνδεδεμένο με το OLT στο γραφείο του παρόχου υπηρεσιών συνδεδεμένο στο δίκτυο κορμού. Η βασική δομή της πρόσβασης στο δίκτυο φαίνεται στο σχήμα 3.
Τα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου δομημένης πρόσβασης εκδηλώνονται κυρίως στην ανεξαρτησία και την εμπιστευτικότητα μεταξύ των χρηστών. Είναι εύκολο να αναβαθμίσετε και να επεκτείνετε τη χωρητικότητα, καθώς οι νέες υπηρεσίες μπορούν να ενεργοποιηθούν με απλή αντικατάσταση του εξοπλισμού και στα δύο άκρα. Αυτή η μέθοδος παρουσιάζει εξαιρετική προσαρμοστικότητα. Το μειονέκτημα είναι ότι το κόστος είναι πολύ υψηλό. Κάθε νοικοκυριό απαιτεί ένα ξεχωριστό ζεύγος οπτικής ίνας ή μια ίνα (αμφίδρομη WDM). Για να εξυπηρετηθούν χιλιάδες νοικοκυριά, θα απαιτηθούν χιλιάδες πυρήνες καλωδίου οπτικών ινών, κάτι που μπορεί να είναι δύσκολο να αντιμετωπιστεί. Επιπλέον, κάθε νοικοκυριό απαιτεί μια ειδική πηγή φωτός και ανιχνευτή, καθιστώντας τη ρύθμιση αρκετά περίπλοκη.
(2) Ενεργή δομή διπλού αστεριού
Η δομή με δύο αστέρια είναι στην πραγματικότητα μια δομή τύπου δέντρου με δύο επίπεδα. Προσθέτει έναν ενεργό κόμβο μεταξύ του παρόχου υπηρεσιών εναλλαγής γραφείου OLT και του συνδρομητή. Το γραφείο ανταλλαγής και ο ενεργός κόμβος μοιράζονται την ίδια ίνα και χρησιμοποιούν πολυπλεξία διαίρεσης χρόνου (TDM) ή πολυπλεξία διαίρεσης συχνότητας (FDM) για να μεταδώσουν πληροφορίες μεγαλύτερης χωρητικότητας στον ενεργό κόμβο και στη συνέχεια να μεταβούν σε ροές πληροφοριών μικρότερης χωρητικότητας για να προσεγγίσουν χιλιάδες νοικοκυριά. Η βασική δομή του δικτύου φαίνεται στο σχήμα 4.
Τα πλεονεκτήματα αυτής της δομής δικτύου είναι μεγαλύτερη ευελιξία, κοινή χρήση ινών μεταξύ ενεργών κόμβων στο κεντρικό γραφείο και μειωμένες απαιτήσεις πυρήνα καλωδίων οπτικών ινών, με αποτέλεσμα τη μείωση του κόστους. Ωστόσο, τα μειονεκτήματα είναι η πολυπλοκότητα και το υψηλό κόστος του ενεργού στοιχείου κόμβου, καθιστώντας τη συντήρηση άβολη. Επιπλέον, η εισαγωγή νέων ευρυζωνικών υπηρεσιών και η αναβάθμιση του συστήματος θα απαιτούσε την αντικατάσταση όλου του οπτοηλεκτρονικού εξοπλισμού ή την εφαρμογή ενός πιο απαιτητικού σχήματος επικάλυψης WDM.
(3) Παθητική δομή διπλού αστεριού
Αυτή η δομή διατηρεί τα πλεονεκτήματα της κοινής χρήσης ινών σε μια ενεργή δομή διπλού αστεριού, αλλά αντί για έναν ενεργό κόμβο, χρησιμοποιεί έναν παθητικό διαχωριστή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ευκολότερη συντήρηση, υψηλότερη αξιοπιστία και χαμηλότερο κόστος. Με την εφαρμογή διαφόρων μέτρων, ενισχύεται και η εμπιστευτικότητα, καθιστώντας το μια καλύτερη δομή δικτύου πρόσβασης.
4. Τοπολογία σύνδεσης EPON WAN
Το δίκτυο EPON υιοθετεί μια τοπολογία point-to-multipoint για να αντικαταστήσει τη δομή point-to-point, η οποία εξοικονομεί σημαντικά το ποσό της ίνας και το κόστος διαχείρισης. Οι συσκευές παθητικού δικτύου αντικαθιστούν τους επαναλήπτες, τους ενισχυτές και τα λέιζερ που χρησιμοποιούνται στα παραδοσιακά συστήματα ευρυζωνικής πρόσβασης ATM/SONET, μειώνοντας τον αριθμό των λέιζερ που απαιτούνται στο κεντρικό γραφείο και το OLT μοιράζεται μεταξύ πολλών χρηστών ONU. Επιπλέον, η EPON χρησιμοποιεί τεχνολογία Ethernet και τυπικά πλαίσια Ethernet για να μεταφέρει τις τρέχουσες κύριες υπηρεσίες – υπηρεσίες IP – χωρίς να χρειάζεται καμία μετατροπή. Ως εκ τούτου, το EPON είναι απλό, αποδοτικό και έχει χαμηλό κόστος κατασκευής και συντήρησης, γεγονός που το καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο για απαιτήσεις δικτύου ευρυζωνικής πρόσβασης.
Ένα τυπικό σύστημα EPON αποτελείται επίσης από OLT, ONU και ODN, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.
Το OLT τοποθετείται στην αίθουσα του κεντρικού διακομιστή, ενώ το ONU χρησιμεύει ως εξοπλισμός από την πλευρά του πελάτη. Εκτός από την παροχή συγκεντροποίησης και πρόσβασης στο δίκτυο, το OLT μπορεί επίσης να παρέχει κατανομή εύρους ζώνης, να εξασφαλίσει ασφάλεια δικτύου και διαμόρφωση διαχείρισης για διαφορετικές απαιτήσεις QoS/SLA (Service Level Agreement) χρηστών. Ο διαχωριστής έχει ρυθμό διαχωρισμού 2, 4 ή 8 και μπορεί να συνδεθεί σε πολλαπλά επίπεδα. Στο EPON, η απόσταση από το OLT στο ONU μπορεί να είναι έως και 20 km και μπορεί να επεκταθεί περαιτέρω εάν χρησιμοποιηθεί ενισχυτής οπτικών ινών (ενεργός επαναλήπτης).
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, το οπτικό σήμα χωρίζεται σε πολλαπλά κανάλια για κάθε μονάδα οπτικού δικτύου (ONU) μέσω ενός οπτικού διαχωριστή, και το σήμα ανάντη από κάθε ONU συνδυάζεται σε μία μόνο ίνα χρησιμοποιώντας έναν οπτικό συζεύκτη και αποστέλλεται στο OLT. Ο εξοπλισμός παθητικού δικτύου περιλαμβάνει καλώδια οπτικών ινών μονής λειτουργίας, παθητικούς οπτικούς διαχωριστές/ζεύκτες, προσαρμογείς, βύσματα σύνδεσης και συνδετήρες σύντηξης. Γενικά τοποθετείται εκτός της περιοχής και αναφέρεται ως εξωτερικός εξοπλισμός. Ο εξοπλισμός παθητικού δικτύου είναι πολύ απλός, σταθερός, αξιόπιστος, μακράς διαρκείας, εύκολος στη συντήρηση και οικονομικά αποδοτικός. Ο ενεργός εξοπλισμός δικτύου περιλαμβάνει εξοπλισμό κεντρικών ραφιών γραφείων, μονάδες οπτικού δικτύου και συστήματα διαχείρισης εξοπλισμού (EMS). Ο εξοπλισμός κεντρικού rack γραφείου περιλαμβάνει τερματικά γραμμής οπτικών ινών, μονάδες διασύνδεσης δικτύου (NIM) και μονάδες μεταγωγής (SCM). Επομένως, αυτοί οι τρεις τύποι εξοπλισμού αναφέρονται συλλογικά ως εξοπλισμός κεντρικού ραφιού γραφείου.
Ο εξοπλισμός κεντρικού rack γραφείου χρησιμεύει ως διεπαφή μεταξύ του συστήματος EPON και των βασικών δικτύων δεδομένων, βίντεο και φωνής του παρόχου υπηρεσιών. Είναι υπεύθυνος για τη σύνδεση στο κεντρικό λειτουργικό δίκτυο του παρόχου υπηρεσιών μέσω του συστήματος διαχείρισης συσκευών.
